基于DSP的低频数字式相位测量仪的设计*

摘要： 本文提出了一种基于TMS320VC5402的低频数字式相位测量仪的设计方法。

关键词： DSP；低频；数字式；相位测量；SCM

引言

随着科学技术的突飞猛进的发展，电子技术广泛的应用于工业、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。低频数字式相位测试仪在工业领域中是经常用到的一般测量工具，比如在电力系统中电网并网合闸时，要求两电网的电信号相同，这就要求精确的测量两工频信号之间的相位差。还有测量两列同频信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具有重要意义。近年来，随着科学技术的迅速发展，很多测量仪逐渐向“智能仪器”和“自动测试系统”发展，这使得仪器的使用比较简单，功能越来越多。本低频数字式相位测量仪由TMS320VC5402、AT89S52和小规模集成电路构成。由于TMS320VC5402和AT89S52芯片的集成度高、 智能程度高、功能强大，使得它实现起来比较简单，而且，具有体积小、性价比高、性能稳定的特点。
    
系统硬件

此低频数字式相位测量仪的目的是将输入的信号先进行信号整形，然后送给移相网络，再送给TMS320VC5402处理，最后将结果送给AT89S52，并由AT89S52控制LCD显示测量结果。系统框图如图1所示。

图1  低频数字式相位测量仪系统框图

该系统以TMS320VC5402为核心，对待测量信号进行采集和处理，包括整形和移相电路，把采集来的模拟信号转换为数字信号。其中SRAM和Flash分别为TMS320VC5402的 数据存储器和程序存储器。键盘和显示部分则由AT89S52来控制，AT89S52把键盘操作转换为控制信号再传送给TMS320VC5402，控制系统是进行相位测量还是周期、频率、脉宽、占空比测量，TMS320VC5402把要显示的系统状态送给AT89S52，以实现LCD显示。这些硬件工作过程如图2所示。

图2  硬件系统的工作流程

整形电路

相位仪输入整形电路的原理是两路正弦输入信号经过LM324比较器整形，产生两路方波信号。经4013D触发器进行二分频(用于判断相位差为180o时能正常产生鉴相脉冲)，送到4076异或门进行鉴相，鉴相脉冲送单片机实现相位差测量。整形电路如图3所示。

移相电路

移相电路通过一个超前移相和一个滞后移相网络构成，通过两个电压跟随器后产生移相信号。通过改变移相电路(图4)所示电压跟随器输出的电位器，可实现相位差连续相移范围-45o~ +45o。因此，当输入信号频率变化时，通过改变电位器RW可实现-45o~+45o连续移相。

TMS320VC5402与AT89S52的通信

AT89S52和TMS320VC5402各自独立工作，其信息和数据交换通过共享一片外部存储器来实现，它们之间信号联络通过硬连接和软件判断来实现。

外部存储器采用的是CY7C133，它是高速的2K